Essais & Simulations n°133

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recherche
Une approche multi-technique
non destructive pour le monitoring
de l’état de santé des matériaux
composites structuraux
Cet article propose une approche multi-technique
non destructive pour le monitoring de l’état de santé
des matériaux composites structuraux et le pronostic
de leur durée de vie résiduelle. Trois techniques non
destructives (émission acoustique, thermographie
infrarouge et corrélation d’images numérique) sont
utilisées simultanément, in situ et en temps réel.
Appliquée à un matériau composite carbone-époxy
aéronautique soumis à un chargement de fatigue
par blocs de traction, cette méthodologie est le fruit
d’un développement collaboratif entre le Département
TPCIM d’IMT Lille Douai et la DGA.
Abstract
A hybrid non-destructive testing (NDT) approach has been
developed for structural composites damage monitoring
using several NDT techniques. Three nondestructive
techniques (acoustic emission, infrared thermography
and digital image correlation) were used simultaneously,
in-situ and in real time to assess damage in an aeronautical
carbon/epoxy composite material under tensile fatigue
loading. A data fusion processing was developed to combine
the results of the used NDT techniques in order to optimize
the structural health diagnosis of the material and to predict
its residual life.
Les technologies de contrôles non
destructifs (CND) se sont beaucoup
développées ces dernières
années et leurs prix sont devenus plus
accessibles. Les récentes applications
CND pour le contrôle et le suivi des
endommagements des matériaux font
appel à des technologies optiques
(corrélation d’images numériques,…)
[1], thermiques (thermographie infrarouge)
[2] ou acoustiques (émission
acoustique, ultrasons) [3, 4]. Ces technologies
de contrôle présentent un
potentiel avéré pour détecter et caractériser
certains endommagements des
matériaux composites, mais restent
assez souvent insuffisantes pour mener
un diagnostic complet, fiable et précis
de l’état de santé global des matériaux.
En effet, la thermographie infrarouge,
par exemple, présente plusieurs avantages
(sans contact, imagerie,…)
mais ne permet pas la détection des
endommagements internes (non
débouchants). De plus, le champ
de température mesuré n’est pas dû
uniquement à l’endommagement mais
aussi à la thermoélasticité. La corrélation
d’images numériques est quant à
elle une technique d’imagerie permettant
la mesure des champs de déformations
à la surface des matériaux. Elle
peut donc renseigner sur des phénomènes
de concentration de contraintes,
vus sur la surface, mais ne permet pas
d’évaluer l’endommagement interne du
matériau. Enfin, l’émission acoustique
permet la détection des endommagements
évolutifs qu’ils soient surfaciques
ou volumiques, mais peine à les
localiser avec précision s’agissant des
matériaux composites, par nature hétérogènes
et anisotropes. En outre, c’est
une technique globale ne permettant
pas, classiquement, de présentations
des résultats sous formes d’images.
Force est donc de constater qu’une seule
technique CND n’est, en général, pas
suffisante pour réaliser un diagnostic
complet de l’état de santé des matériaux
composites. Face à cette réalité et au
besoin de fiabiliser les contrôles, surtout
dans le domaine de l’aéronautique, les
donneurs d’ordre industriels exigent de
plus en plus des prestataires de contrôle
de justifier la performance du procédé
de contrôle proposé. En l’état actuel,
seules deux approches existent pour
garantir un niveau de performance : i)
la qualification du procédé, consistant
à fixer le matériel et une procédure à
suivre à la lettre pour la réalisation
du contrôle d’un type de défaut bien
déterminé, et ii) le calcul de la probabilité
de détection (PoD) des défauts de
tailles équivalentes. Ces deux approches
sont intéressantes et nécessaires, mais
parfois insuffisantes ou, au contraire,
trop contraignantes face à des situa-
52I ESSAIS & SIMULATIONS • N°133 • mai-juin 2018